Termilise paisumise füüsika puhkpilliseadmetes

Vastpoolt mõõteriistad on metallisulamitest valmistatud täppistööriistad (tavaliselt vase ja tsingi segu), mis reageerivad ennustatavalt temperatuuri kõikumistele. Tavaliste messingisulamite lineaarse soojuspaisumise koefitsient on ligikaudu 19 × 10−6 kraadi Celsiuse kohta. Praktiliselt öeldes pikeneb trompet, mille torude kogupikkus on umbes 1,5 meetrit, umbes 0,029 mm iga 1 °C tõusu kohta. Kuigi see arv tundub väike, võib kumulatiivne 20 °C temperatuurinihe muuta instrumendi sammu mitme sendi võrra, sundides mängijat teadlikult kompenseerima.

Konkreetse sulamiga on oluline. Kollase messingiga (70% vask, 30% tsink) ja kuldmeistriga (85% vask, 15% tsink) on veidi erinevad paisumiskoefitsiendid, kuid erinevus on väike – vähem kui 5%. Temperatuuritundlikkust juhib tegelikult torude kogupikkus. Pikemate instrumentide, nagu tuubade ja eufooniumite puhul on tegemist suurema absoluutse paisumisega. Näiteks BB ⁇ tuuba 5,5 meetri torudega laieneb ligi 0,1 mm °C kohta, millest piisab, et tekitada etenduse ajal märgatav põhiline sammu nihe.

Termiline paisumine ei toimu kogu instrumendi ulatuses ühtlaselt. Kella, suupiste, häälestuslöökide ja klapiümbriste kõik paksused, geomeetria ja mõnikord ka erinevad sulamid. Need diferentsiaallaiendid võivad tekitada mehaanilist stressi, eriti kõvaliidete puhul. Seetõttu ei ole külma instrumendi kiire kuumutamine fööniga või selle asetamine kütteseadme lähedale eriti soovitatav – see võib lüüslüüslaid või purustada jooteõmmeid.

Pigivahetuse arvutamine

Metalli paisumisest tingitud pigimuutust saab hinnata valemiga Δf/ f = -αΔT, kus α on lineaarne paisumistegur. Metalli temperatuuri 10 °C tõus põhjustab põhisageduse languse umbes 1,9 senti (pikem torustik = alumine samm). See on siiski vaid osa loost. Soojem õhk on vähem tihe ja edastab heli kiiremini, tõstes sammu umbes 3 senti °C kohta. Koguefekt sõltub sellest, kui kiiresti metall keskkonnaga tasakaalustub. Soojale lavale toodud külm instrument mängib alguses teravalt, sest metalli järk- järguliselt soojeneb, mistõttu laine tasandab. See 15–20 minutiline pöörlemine selgitab liikumise ajal toimuvat dünaamilist häälestamist.

Materjaliteadus messingisulamites

Lisaks paisumisteguritele on erinevatel messingisulamitel erinevad soojusjuhtivus ja mehaanilised reaktsioonid. Punane messing (90% vask, 10% tsink) on madalama soojusjuhtivusega kui kollane messing, mis tähendab, et see kuumeneb ja jahtub aeglasemalt. Punast messingist valmistatud instrumendid – sageli kuulutatud nende tumedama, soojema tooni järgi – võivad võtta kauem aega, et stabiliseerida pigi muutuvatel temperatuuridel. Nikkelhõbe, mida tavaliselt kasutatakse klapi komponentide ja liugtorude jaoks, sisaldab vaske, tsinut ja nikke, kuid mitte hõbedat. Selle paisumiskoefitsient on madalam kui kollasel messingil (umbes 16 × 10-6 °C kohta), mistõttu on palju stabiilsemõõtsumine ja palju parem ventiilide vahel.

Suusarviku faktor

Suutükid on tavaliselt valmistatud messingist (sageli hõbeda või kullaga) ja on massilt väikesed, mistõttu saavutavad nad kiiresti termilise tasakaalu. Külm huulikuga saab mängija huultest soojust tõmmata, mõjutades mantli painduvust ja mugavust. Kriitilisemalt muudab huuliku paisumine kurgu ja tagakülje mõõtmeid, mis muudab takistust ja intonatsiooni. Veidi laienev huulikutükk alandab instrumendi üldist pigi, kuid mõju on vähem väljendunud kui peatorul. Huuliku ja pliitoru vaheline liides on tavaline temperatuuri äärmuslike probleemide allikas – tihe sobitus külmades, mis võib põhjustada õhu leket.

Muutlikus kliimas esinev mängija hoiab sageli kaht huulikut: kergemat kiireks soojenduseks ja raskemat stabiilseks väljakuks, kui instrument on temperatuurini. See on eriti levinud professionaalsete orkestrite trompetimängijate seas, kes vahetavad vahel külma piti orkestreid ja soojalavad.

Klapp ja liugmehhanismid temperatuuristressi korral

Klaasid ja objektiklaasid on puhkpilli kõige mehaaniliselt tundlikumad osad. Need sõltuvad tugevatest tolerantsidest (sageli alla 0,05 mm kliirensist) ja õigest määrimisest. Temperatuur mõjutab nii metallide mõõtmeid kui ka määrdeaine viskoossust. Alla 10 °C pakseneb enamik naftapõhiseid klapiõlisid, põhjustades loidu toimeid; allpool külmumist võivad need täielikult ummistuda. Sünteetilised õlid töötavad suuremas ulatuses, tavaliselt kuni - 20 °C, kuid isegi äärmusliku külma korral kaotavad nad oma efektiivsuse.

Kõrge kuumuse korral (üle 35 °C) õlid hõrenevad ja võivad ära joosta, jättes klapid kuivaks ja kriimustada. Silikonil põhinevad trombooni liugmääred võivad suvel vesiseks muutuda, põhjustades slaidi lahtiolekut ja nõude sagedast uuesti rakendamist. Klapikorpuse ja kolvi koosmõju on kriitiline. Vasest korpus laieneb kiiremini kui nikliga kaetud või Moneli kolb, mis võib põhjustada sidumist. Monel (nikkel- vase sulam) on eelistatud kolbklappidele, sest selle paisumistegur on madal ja korrosioonikindlus suurepärane. Prantsusarvetel ja eufooniumitel tavalised pöördventiilid kasutavad ka külmakindlaid, mis on väga karmid, samuti külmad, mis on tingitud külmetest ja külmast.

Määrdeaine valik kliima jaoks

Muusikud, kes esinevad muutuvas kliimas, peaksid valima tingimustele kohandatud määrdeained:

  • ]Külm ilm (alla 10 °C): ] Kasuta õhukesi sünteetilisi ventiiliõlisid (nt Hetman 1, Blue Juice) ja kergeid liugmäärdeid. Vältige veepõhiseid määrdeaineid, mis võivad külmuda ja põhjustada kleepumist.
  • Kuum ilm (üle 30 °C):] Lülituge raskematele õlidele (nt Hetman 2 või 3) ja paksematele liugmääretele (nt Yamaha liugmääre). Enne iga mänguseanssi tuleb uuesti peale kanda.
  • ]Humid tingimused: ] Kaaluge korrosioonivastaseid ravi ventiilivedrudel ja korpustel. Silikageeli pakendid aitavad niiskuse kontrolli all hoida.

Regulaarne puhastamine ja ümbermäärimine on äärmiselt olulised temperatuuri äärmuste vahel liikumisel. Põhjalik pikkade toonidega soojendus jaotab määrdeained ühtlaselt enne, kui nõutakse läbiviimisi.

Niiskuse ja kondensatsiooni roll

Temperatuurimuutustega kaasnevad peaaegu alati niiskusnihked. Soojas õhk hoiab rohkem niiskust. Kui külm messingist seade siseneb sooja, niiskesse ruumi, tekib kondensatsioon kõikidel pindadel – torude sees, klapivartel ja slaidide all. Niiskus uhub ära määrdeained, kiirendab korrosiooni ja tekitab mängimise ajal gurglinghäälikuid. Eriti problemaatiline on kondensatsioon pliitorus ja häälestusliugis, sest see häirib õhusammast ja põhjustab sputseerimist.

Kui kondensatsiooni ei pühita pärast mängimist ära, soodustab see punaliblet (detsifitseerimist), mis on korrosioonivorm, mis sööb ära messingist, jättes punaka poorse pinna. Punamädanik on pöördumatu ja põhjustab sageli lekkeid torudes ja jooteliigestes. Selle leevendamiseks peaksid muusikud pilli sisemust kuivatama tampooni või lint- vaba lapiga pärast iga kasutamist, eriti pärast kontrastsete keskkondade vahel liikumist. Mõned mängijad hoiavad kuivatusaine pakendi korpuse sees, et absorbeerida jääkniiskust. Kaasaegsed sünteetilised tampoonid, nagu Protec või Envy tampoonid, on efektiivsed kõigile rinnahoidjatele instrumentidele.

Korrosioon ja pikaajaline kulumine

Korduvad kondensatsiooni- ja kuivatustsüklid kiirendavad jooteliitmike ja -õmbluste korrosiooni. Lakitud või pinnatud viimistlusega instrumendid pakuvad mõningast kaitset, kuid sisustus on alati avatud. Professionaalse tehniku põhjalik iga-aastane puhastamine – sealhulgas ultrahelivann, lademete eemaldamine ja ümberlugemine – võib oluliselt pikendada pilli eluiga. Ringimuusikutele või neile, kes mängivad õues, on soovitatav ka hooaja keskel koristamine.

Instrumendipõhised reageeringud temperatuurile

Erinevatel messingist instrumentidel on disaini, toru pikkuse ja mängutehnika tõttu erinevad temperatuuritundlikkused.

Trompet, Cornet ja Flugelhorn

Neil instrumentidel on suhteliselt lühike torustik (1,3– 1,5 m) ja väike puurdiameeter. Nad reageerivad kiiresti temperatuurimuutustele, sest metalli mass on väike. Trompet võib 10–15 minuti jooksul pärast mängimist jõuda tasakaalu. Häälestusslaid on siiski lühike, seega on helikõrguse triivi kompenseerimine piiratud. Trompetimängijad toetuvad peenhäälestuse korral sageli karastamisele ja slaidide reguleerimisele. Pikkolo trompet (pool pikkust) on veelgi tundlikum; 5 °C muutus võib nihutada sammu 10 senti, mis nõuab klapipoolse valiku muutmist. Flugelhornid, mille puhul on suurem puur ja kooniline sang, soojendavad veidi aeglasemalt, kuid on nende reaktsiooni tõttu vähem kalduvad äärmuslikele.

Trombone

Temperatuur mõjutab eriti trombooni pikka põhilükatit (umbes 2,7 m tenoris, kuni 3,5 m bassi tromboonis). Külmad tingimused põhjustavad slaidi kokkutõmbumist, mistõttu asendid tunduvad lühemad ja märkmed teravamad. Vastupidiselt pikeneb slaid, lamendavad noodid. Trombone mängijad peavad soojenduse ajal pidevalt slaidiseiseiseiseiseiseise asendit reguleerima. Käsilüka tuleb kleepumise vältimiseks hoida õlita ja kondensatsioonivaba. Paljud professionaalid kasutavad kõrge viskoossusindeksiga liugõli (nt Trombotiini), et säilitada ühtlane tegevus temperatuurivahemikes.

Prantsussarve

Sarvedel on kooniline puur ja kompleksne mähis, mis sisaldab umbes 4 m torusid kahesarves. Ulatuslik torustik muudab need väga temperatuuritundlikuks. Rotary ventiilid, mis kasutavad rootoreid ja keelpillide ühendusi, võivad külma ilmaga muutuda jäigaks, sest rootorimehhanism tugineb täpsetele kliirensidele. Sarvemängijad kasutavad talvel sageli kergemat rootoriõli ja suvel raskemat õli. Samuti on sarvel olev häälestuslugeja pikk, võimaldades suuremat reguleerimisvahemikku. Mõned mängijad kannavad enne häälestamist kaasas väikest termomeetrit ümbritseva temperatuuri kontrollimiseks.

Tuba ja eufoonium

Neil suurtel instrumentidel on kõige rohkem torusid (kuni 9 m BB ⁇ tuubas). Kõige kauem kulub nende soojendamiseks – 20– 30 minutit pidevat mängimist. Nende mass jääb ümbritseva temperatuuri muutustest maha, põhjustades õues esinemisel pigi ebastabiilsust. Tubamängijad kasutavad mõnikord püsiva külmast tingitud lameduse kompenseerimiseks slaidipendiume või spetsiaalseid huulikuid. Eufooniumid koos oma kompensatsioonisüsteemidega on mõnevõrra vähem tundlikud, sest nendel instrumentidel on juba olemas lisatorud. Nendel olevad ventiilid on suured ja vajavad külma ilmaga paksemaid määrdeid, et vältida loid.

Ajaloolised lähenemised temperatuuri juhtimisele

Enne kaasaegseid määrdeid ja tootmistolerantse pidid messingist mängijad olema leidlikud. 18. ja 19. sajandil soojendasid talvel õues esinevad sõjaväe bändid oma instrumente tulega või mähkisid need riidesse. Looduslikud trumbid ja sarvemängijad kasutasid häälestuse reguleerimiseks eelnevalt kuumutatud sulisid (eemaldatavad toruosad), mis nõudis mitme suli kandmist erinevatel temperatuuridel. Häälestusslaidi leiutamine 19. sajandil oli otsene vastus vajadusele lennukõrguse korrigeerimiseks ilma suli vahetamata.

Keermestatud trompetitel ja varajastel klapipiinstrumentidel olid vähem usaldusväärsed mehhanismid; külm ilm põhjustas sageli klappide kleepumist või lekkimist. Mängijatel tekkis harjumus puhuda enne mängimist instrumendile sooja õhku ja mõned kasutasid metalli soojendamiseks õlilampe. Tänapäeval on materjaliteadus andnud meile parema stabiilsuse, kuid selle aluseks olev füüsika jääb samaks. Selle ajaloo mõistmine aitab kaasaegsetel muusikutel mõista, miks kannatlikkus ja soojendus on vaieldamatud.

Praktilised hooldusrutiinid temperatuuri muutmiseks

Selleks, et säilitada usaldusväärne jõudlus temperatuuri kõikumiste korral, lisage need ennetavad sammud oma rutiini:

  1. ]Enne soetage oma instrument: ] Enne etendust mängige pehmelt instrumendisse 5–10 minutit, et järk-järgult viia metall mängutemperatuurile. Vältige valju mängimist kuni pärast soojenemist, kuna kiire paisumine võib jootjaliigeseid stressi tekitada.
  2. Hoia mängutemperatuuril:] Hoia instrument enne kontserti kontrollitavas keskkonnas. Äkilised temperatuurilöögid on hullemad kui järkjärgulised nihked. Kasuta transpordi ajal isoleerimiseks polsterdatud korpust. Mõned mängijad kasutavad lisaisolatsiooniks korpusekatet.
  3. Kasutage temperatuurile vastavaid määrdeaineid:] Lülituge talve- ja suveklassi õli ja määrde vahel. Hoidke oma karbis varumäärdeid. Kontrollige ventiili toimet õlidega, mida kavatsete kasutada enne jõudlust.
  4. Kontrollige häälestamist sageli:] Pärast soojendust mängige etalonkõrgust (nt kontsert B ⁇ ) ja kohandage põhihäälestusslaid vastavalt vajadusele. Kontrollige 10–15 minuti pärast ja uuesti keskteekonnas.Välistingimustes kontrollige häälestamist iga 20 minuti järel.
  5. Kuivatage seade pärast iga kasutamist:] Eriti soojast külma keskkonda liikumisel tekib sees kondensatsioon. Kasuta iga haru jaoks tampooni. Paindlikud tampoonid muudavad selle lihtsaks kõigi vaskpillide puhul. Tromoonide puhul on efektiivne läbitõmberiie.
  6. ]Professionaalse hoolduse plaanige kaks korda aastas: ] Enne talve ja enne suve laske tehnik oma instrumenti kontrollida ja puhastada.

Hädaabivahendid välitingimustes jõudluse jaoks

Kui peate mängima väga külmades tingimustes (alla 5 °C), kaaluge neid näpunäiteid:

  • Kandke õhukesi kindaid, et hoida käed soojas, säilitades samal ajal klappide taktiilne tagasiside.
  • Kasutage laval tuulekatet või kaasaskantavat kütteseadet, et luua mikrokliima seadme ümber.
  • Puhu sooja õhku huulikusse enne mängimist, et pliipiipi eelkuumutada (olge ettevaatlik, et niiskust ei kondenseeritaks).
  • Tunnista, et osa nootide puhul võib hääles püsimiseks vaja minna vaheldumisi sõrmede vahel. Äärmisel külma korral mängi tummaga, et vähendada õhuvoolu ja hoida instrument soojemana.

Järeldus: temperatuurimuutlikkuse ületamine

Temperatuurimuutused on puhkpillimuusikute jaoks pidev kaaslane, mõjutades metalli paisumist, määrdeaine viskoossust, õhusamba kiirust ja isegi mängija enda huulte paindlikkust. Mõistes nende efektide taga olevat füüsikat, valides sobivad määrdeained ja võttes kasutusele ennetavaid hooldusharjumusi, saavad mängijad minimeerida häireid ja keskenduda ekspressiivsele jõudlusele.

Kas olete üliõpilane trombonist, kes mängib kütmata bändiruumis, suvefestivalidel esinev tuuritrükkal või tuubamängija, kes marsib läbi külma paraadi, on võti ettevalmistus. Mõne minuti teadlik soojendus ja läbimõeldud hooldus võib päästa teid intonatsioonipeavaludest ja mehaanilistest luksumistest. Pikemalt puhkpilliteadusest lugege ressursse nagu FLT:0]Uus-Lõuna-Walesi Brass Akustika ülikool ] või tootja juhendid, nagu näiteks Bachi hooldusjuhised [Famas:7]], mis on seotud muusikalise instrumendiga.[LT:[5][LT:[LT][5][LT:[5][LT][5][LT.[5][LT][5]

Pea meeles: sinu messingist tööriist on täppisvahend, mis reageerib oma keskkonnale. Tööta sellega, mitte selle vastu, ja sa toodad ilusat heli olenemata hooajast.